DOI: 10. 3969 / j. issn. 1009-9492. 2020. 08. 037

程鼎豪，刘新华，金康.基于脑-机接口技术的柔性体夹持机械手末端执行器系统设计［J］.机电工程技术，2020，49（08）：119-120.

基金项目：国家级大学生创新训练计划资助项目（编号：201810290068）

基于脑-机接口技术的柔性体夹持机械手末端执行器系统设计*
程鼎豪，刘新华※，金康
（中国矿业大学孙越崎学院， 江苏徐州221116）

摘要：为使残障人士便捷抓取柔性体，设计了一种基于脑-机接口技术的柔性体夹持机械手末端执行器。整个系统由脑电模块、蓝牙模块、控制模块和末端执行器组成。使用脑电波传感器采集信号并进行分析，分析后的数据通过蓝牙发送到核心控制板处理，转化为动作指令控制末端执行器进行夹持。末端执行器由气缸驱动工作，夹持部分采用弹性夹持套，夹持套内部填充液性塑料，通过液性塑料的膨胀与收缩实现夹持工作。该装置通过意念实现柔性体的夹取，结构新颖，夹持效果稳定。
关键词：脑-机接口技术；末端执行器；液性塑料；脑电波
中图分类号：TP241；TH77    文献标志码：A   文章编号：1009－9492 ( 2020 ) 08－0119－02

 

引言
近年来，随着脑科学、计算机技术和控制技术不断发展，脑—机接口技术（BCI，brain-computer interface） 正在不断得到完善。BCI是一种不依赖于正常的由外围神经和肌肉组成的输出通路的通讯系统[1]，该技术可以使人通过脑信号与电子设备连接沟通，是一种全新的通讯和控制方式[2]。

对于大多数残障人士而言，机械手能极大地提高他们的生活质量。国内外相关团队基于BCI对机械手控制方法进行了研究。美国布朗大学在瘫痪病人大脑中植入芯片，直接控制电脑的光标，并用电脑控制其他设备，实现了BCI的首次临床应用[3]；Richard等[4]利用大脑皮层信号控制机器手抓紧物体；香港理工大学基于BCI-FES上肢康复训练系统，通过脑电波来控制功能性电刺激设备，从而实现腕部和手部的运动[5]。上述研究侧重于控制系统的研究，而目前的末端执行器多以刚性夹持为主，对于柔性加持的末端执行器研究较少。

残障人士常需要抓取柔性体，例如不同种类的水果等，常规的机械手末端执行器难以对柔性体进行稳定的夹持。本文设计了一种基于BCI的机械手末端执行器，包括机械手结构和控制系统设计，可对抓取物体表面产生的轻微的压痕，具有结构新颖、夹持稳定和自动化程度高等优点。

结束语
本文基于脑-机接口技术设计了一种柔性体夹持机械手末端执行器，末端执行器外形为整体式，通过脑-机接口控制系统驱动气缸推杆上下移动，使夹持套内的液性塑料产生膨胀，帮助残障人士进行柔性体的抓取操作。
该系统首次将液性塑料应用于末端执行器进行柔性体的夹取，且对夹持物产生较小的压痕，具有结构新颖，柔性夹持和便于操作等特点。实际应用中会因干扰信号存在，影响末端执行器的反应灵敏度，故该系统需进一步优化。